Pokud jste se někdy hrabali v nastavení svého DAW a zůstali jste stát v úžasu nad nabídkou vzorkovacích frekvencí, nejste sami. Některé hlavní DAW (například Logic Pro a Pro Tools) nabízejí šest vzorkovacích frekvencí: 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 a 192.

Pokud nejste obeznámeni, vzorkovací frekvence je rozlišení, ve kterém se zvuk nahrává a v případě virtuálních nástrojů vytváří. Vzhledem k tomu byste si mysleli, že větší je lepší, že?

Ne nutně.

Ačkoli se většina diskusí o vzorkovacích frekvencích soustředí na limity lidského sluchu, existují i další faktory, které je třeba vzít v úvahu při výběru vzorkovací frekvence pro záznam.

A tady přicházíme na řadu my. V tomto článku se ponoříme hluboko (a tím myslím opravdu hluboko) do nul a jedniček digitálního zvuku. Složité? Místy ano. Ale na konci tohoto článku budete znát výhody a nevýhody nahrávání při 48kHz vs. 96kHz a budete se moci rozhodnout, které z nich je pro vás nejlepší.

Pochopení vzorkovacích sazeb

Představte si, že kolem vašeho domu projíždí auto. Jede zleva doprava a kolem domu vašeho souseda v jednom souvislém pohybu. To je ekvivalent zvuku v analogovém světě - průběh je spojitý zvuk.

Nyní řekněme, že chcete toto auto napodobit v pohybu. Rozhodnete se vytvořit animaci vozidla jedoucího zleva doprava. Čím více obrázků pohybujícího se auta vytvoříte, tím detailněji a plynuleji bude pohyb vypadat.

Takto funguje digitální zvuk, který pořizuje sérii snímků (nebo vzorků) analogového průběhu superrychlým tempem, aby jej mohl replikovat v digitálním světě.

Vzorkovací frekvence udává, jak často jsou tyto snímky pořizovány každou sekundu; vzorkovací frekvence 44,1 kHz znamená, že každou sekundu je pořízeno 44 100 vzorků příchozího průběhu. Vyšší vzorkovací frekvence vede k pořízení většího počtu snímků. Můžeme však slyšet další detaily?

Nyquistova věta

Chytrý mladík jménem Harry Nyquist zjistil, že vzorkovací frekvence musí být alespoň dvojnásobkem nejvyšší zaznamenávané frekvence. To je známé jako Nyquistova frekvence nebo Nyquistův limit.

Vzhledem k tomu, že lidé slyší maximálně frekvenci kolem 20 kHz, je k zachycení všech slyšitelných frekvencí nutná minimální vzorkovací frekvence 40 kHz.

Pokusy o záznam frekvencí nad touto hranicí vedou k aliasingu nebo foldoveru. Vyšší frekvence jsou chybně prezentovány jako nižší frekvence, což vede ke zkreslení nebo artefaktům v rekonstruovaném signálu.

Každý moderní digitálně-analogový převodník je vybaven antialiasingovými filtry, které odstraňují případné artefakty a v podstatě fungují jako dolnopropustný filtr, který odstraňuje vysoké frekvence, jež mohou být alias. Záznam s vyššími vzorkovacími frekvencemi umožňuje těmto filtrům pracovat bez odříznutí slyšitelných frekvencí.

Zjednodušeně řečeno, Nyquistův teorém je pravidlo "kolik je dost" pro digitální záznam.

Vznik kvalitního zvuku na CD

Standard kvality CD 44,1 kHz vznikl v počátcích digitálního zvuku, kdy pevné disky nestačily na ukládání materiálu v hodnotě jednoho alba a k tomuto účelu se používaly videorekordéry.

Na základě snímkové frekvence a využitelných řádků na jeden snímek ukládají tužkové hlavy 3 zvukové vzorky na snímek, což znamená vzorkovací frekvenci 44,1 kHz. To byla minimální možná vzorkovací frekvence, která odpovídala Nyquistově teorii a umožňovala uložení předlohy na videokazetu. To se stalo tím, co dnes označujeme jako zvuk v kvalitě CD.

Fourierova transformace

Vzorkovací frekvence neovlivňují pouze způsob snímání signálu, ale také způsob, jakým je digitální zvuk "čten".

Fourierova transformace je matematický nástroj, který se používá k analýze složitého signálu a jeho rozkladu na jednoduché průběhy o různých frekvencích. Takto fungují zásuvné moduly, jako jsou ekvalizéry, spektrogramy a detekce výšky tónu, které analyzují celý signál a rozkládají jej na menší pásma.

Z toho vyplývá, že čím více informací má zvukový soubor v podobě snímků za sekundu (vyšší vzorkovací frekvence), tím přesnější jsou výpočty Fourierovy transformace.

Frekvenční odezva

Dalším faktorem, který je třeba vzít v úvahu při diskusi o vzorkovacích frekvencích, je zařízení, na kterém nahráváte a monitorujete.

Každý zvukový přístroj má frekvenční odezvu, kterou lze volně popsat takto:

• Jaké frekvence dokáže reprodukovat a
• jak přesně to dělá.

Pokud použijete mizerný mikrofon Radioshack k nahrání záběru na mizerné kytaře a přehrajete ho na pár mizerných reproduktorů Radioshack, je pravděpodobné, že to nebude znít dobře. Je jedno, jakou vzorkovací frekvenci použijete.

Vezmi mě výš

Po projití všech těchto vědeckých poznatků vidíme, že vyšší vzorkovací frekvence nám umožňují zachytit vyšší frekvence a podrobněji je analyzovat.

Nahrávání na 96 kHz sice znamená, že můžeme zachytit frekvence až do 48 kHz, ale z hlediska lidského poslechu není oproti nahrávce na 44,1 kHz žádný slyšitelný rozdíl. I pro lidi s výjimečným sluchem budou vyšší frekvence stále mimo slyšitelný rozsah.

Díky Nyquistově teorii víme, že frekvence 44,1 kHz je více než dostatečná pro dokonalou reprodukci jakéhokoli signálu v rozsahu lidského sluchu.

Proč tedy používáme vyšší vzorkovací frekvence?

48 kHz: Průmyslový standard

Pokud jde o film, televizi a streamování, 48 kHz se stalo všeobecně uznávanou vzorkovací frekvencí pro přenos. Ačkoli jsou k dispozici i vyšší vzorkovací frekvence, 48 kHz si díky své rovnováze mezi kvalitou, efektivitou a kompatibilitou zajistilo své místo jako standard v mediálním průmyslu.

Proč se používá 48 kHz?

Hlavním důvodem přijetí vzorkovací frekvence 48 kHz jako standardu při výrobě médií byla kompatibilita. Tato vzorkovací frekvence se dobře hodila pro různé videosystémy založené na snímcích, které používají evropské televize a televize NTSC, a zároveň splňovala požadavky na Nyquistovu frekvenci.

V dnešní době streamovací platformy jako Netflix, Disney a Amazon vyžadují, aby byl zvuk dodáván v 48 kHz, a dokonce i když nahráváte skutečný film ze staré školy pro uvedení v kinech, budete muset dodat 48 kHz stopu pro fázi míchání.

Výhody použití vzorkovací frekvence 48 kHz

Dalším důvodem, proč se vzorkovací frekvence 48 kHz stala všeobecně uznávanou, je její rovnováha mezi skvělým zvukem a nároky na zpracování.

Anti-Aliasing

Mírně vyšší vzorkovací frekvence umožňuje větší prostor pro práci filtrů proti zkreslení. Při vzorkovací frekvenci 44,1 kHz může méně než dokonalý antialiasingový filtr přinést jemné, ale měřitelné artefakty.

Na druhou stranu při použití vzorkovací frekvence 48 kHz bude případný aliasing mimo slyšitelné spektrum.

Převzorkování

Vzhledem k rozšířenému používání vyšší vzorkovací frekvence v mediálním průmyslu minimalizuje poskytování zvuku při 48 kHz potřebu převzorkování. Zatímco 44,1 kHz je v hudebním průmyslu běžnou praxí, pokud pracujete v oblasti synchronizace licencí, bude třeba výsledný produkt dodat při 48 kHz.

Proces převodu vzorkovací frekvence při převzorkování z nižších vzorkovacích frekvencí na 48 kHz může vést k zavedení nežádoucích artefaktů do souboru. Proto je vždy dobré nahrávat s vyšší kvalitou vzorkovací frekvence a v případě potřeby snížit vzorkovací frekvenci později, například při tisku na CD.

Velikost souboru

Záznam a zpracování zvuku při frekvenci 48 kHz udržuje velikost souborů na přijatelné úrovni, což je důležité pro velké televizní a filmové projekty, kde jsou náklady na ukládání a doba přenosu dat důležitým faktorem.

Omezení při použití vzorkovací frekvence 48 kHz

Použití 48 kHz má opravdu jen velmi málo omezení. Ačkoli se v audio komunitě vedou diskuse o tom, zda je skutečně "dostatečně dobrý" pro všechny profesionální aplikace, rozdíl mezi 48 kHz a vyšší vzorkovací frekvencí je často patrný pouze ve velmi kontrolovaných, špičkových poslechových prostředích.

96 kHz: Vysoké rozlišení zvuku

Zatímco vzorkovací frekvence 48 kHz je průmyslovým standardem pro film, televizi, podcasty a podobně, někteří inženýři dávají přednost práci s frekvencí 96 kHz. Teoretické výhody zahrnují větší prostor pro zachycení vysokofrekvenčního obsahu, snížení aliasingu a lepší možnosti zpracování.

Teoretické výhody

Rozšířený rozsah záznamu

Vzorkovací frekvence 96 kHz umožňuje nahrávat frekvence až do 48 kHz. To je sice daleko za rozsahem lidského sluchu (který se obvykle pohybuje kolem 20 kHz), ale někteří lidé tvrdí, že tento ultravysoký frekvenční obsah interaguje se zvukem jemnými způsoby, které člověk stále slyší.

Snížení aliasingu

Pamatujete si na Nyquistův limit? Nahrávání při 96 kHz posouvá tuto hranici až na 48 kHz, čímž se snižuje pravděpodobnost, že by artefakty aliasingu rušily jakýkoli slyšitelný zvuk.

Lepší zpracování zásuvných modulů

Vysoké vzorkovací frekvence mohou také vést k lepšímu zpracování některých efektů. To je patrné zejména při časovém protahování zvuku nebo při posunu výšky tónu.

Časové protažení zvuku zaznamenaného při vyšších vzorkovacích frekvencích vede k čistšímu zvuku s přirozenějším zvukem. Proto mnoho zvukových designérů pracuje s ještě vyšší vzorkovací frekvencí (192 kHz).

Totéž platí pro zpracování, jako je sytost a zkreslení. Tyto zásuvné moduly přidávají další vysokofrekvenční obsah nad původní Nyquistův limit, takže vzorkovací frekvence 96 kHz bude mít za následek menší možnost vzniku aliasingu po efektu.

Přesnější měření špiček vzorků

Další výhodou práce na frekvenci 96 kHz je vyšší přesnost měření špiček vzorků. Špička signálu se často vyskytuje mezi vzorky, které byly zaznamenány - tzv. mezivzorkové špičky. Míchací technik získá přesnější zobrazení místa, kde leží špičky signálu, při vyšší vzorkovací frekvenci, která obsahuje více vzorků za sekundu.

Zajištění kvality zvuku do budoucna

Další vnímanou výhodou nahrávání při 96 kHz je udržení náskoku. S dalším vývojem technologií se vyšší vzorkovací frekvence mohou stát normou a někteří inženýři volí 96 kHz, aby si zajistili kompatibilitu s budoucími formáty s vysokým rozlišením.

Nevýhody použití vzorkovací frekvence 96 kHz

Nahrávání na frekvenci 96 kHz má mnoho teoretických výhod a může vést k lepší kvalitě zvuku při časovém protahování a provádění editačních úloh. Tyto výhody jsou však spojeny s praktickými kompromisy ve srovnání s použitím nižší vzorkovací frekvence.

Velikost souboru

Při každém zdvojnásobení vzorkovací frekvence se zdvojnásobí i množství generovaných dat. Relace nahraná při 96 kHz zabere dvakrát více místa než relace při 48 kHz, protože se vytvoří mnohem větší soubory.

U složitých projektů to může rychle zvýšit nároky na úložiště a ztížit zálohování, sdílení a správu souborů.

Zpracovatelský výkon

Jak se dalo očekávat, vyšší vzorkovací frekvence vyžaduje od procesoru více energie. Pokud nemáte super výkonný stroj, může se stát, že vaše relace bude trpět zvýšenou latencí, pomalejším vykreslováním a nestabilitou systému.

Výkon DAW

Většina DAW sice podporuje vyšší vzorkovací frekvence, ale spuštění relace s frekvencí 96 kHz nebo vyšší znamená, že DAW musí vynaložit větší úsilí na streamování zvuku. V závislosti na systému a složitosti relace se zvyšuje riziko výpadků nebo závad. To není ideální, když mícháte svůj další hit.

Výkon zásuvného modulu

Některé pluginy interně převzorkují příchozí signál, aby zlepšily kvalitu výsledného výstupu, například pluginy pro měření nebo limitéry. Jejich spuštění při již tak vysoké vzorkovací frekvenci může snížit výkon procesoru.

Efektivita pracovních postupů

Vyšší vzorkovací frekvence sice mohou přinést teoretické výhody a zajistit budoucnost, ale spuštění relace s vyšší frekvencí může zpomalit pracovní postup bez znatelných výhod.

• Některá levná zvuková rozhraní nezvládají vzorkovací frekvenci 96 kHz, což může vést ke zkreslení zvuku.
• Pro vytvoření finálních výstupů budete muset téměř vždy snížit počet vzorků, čímž vzniknou zbytečné kroky převodu.
• Pokud má váš systém potíže se spuštěním relace při vyšší vzorkovací frekvenci, bude to nevyhnutelně trvat déle. Mixování se stane zdlouhavým a stejně budete muset následně snižovat vzorkovací frekvenci.

Slyšíme rozdíl mezi 48 kHz a 96 kHz?

Otázka za milion dolarů v této diskusi zní: slyší lidé skutečně rozdíl mezi 48 kHz a 96 kHz?

Záleží na tom, koho se ptáte.

Někteří školení posluchači, zejména masteringoví inženýři a audiofilové, tvrdí, že jsou schopni slyšet jemné rozdíly mezi vzorkovacími frekvencemi, zejména pokud se jedná o nástroj, na který jsou velmi dobře naladěni.

Někteří lidé poukazují na to, že i když neslyšíme rozdíl mezi dvěma vzorkovacími frekvencemi, existence ultrazvukového obsahu ve zvuku může mít vliv na poslechový zážitek kvůli harmonické interakci.

Je otázkou, zda je to způsobeno skutečnými zvukovými rozdíly, nebo jen psychologickým předsudkem. Na to, jak slyšíme zvuk, má však vliv několik věcí.

Systémy přehrávání

Vzpomínáte si na diskusi o frekvenční odezvě? I když máte nadlidský sluch, který je daleko za hranicí 20 kHz, pokud reproduktory, na kterých posloucháte, tyto ultrazvukové frekvence nepodporují, je vyšší vzorkovací frekvence v podstatě k ničemu.

Omezení lidského sluchu

U většiny dospělých dochází s přibývajícím věkem ke zhoršování sluchu v horních pásmech. I když jsou ve zvuku přítomny ultravysoké frekvence, je velká pravděpodobnost, že by je mnoho posluchačů stejně neslyšelo.

Praktické úvahy

Tuto diskusi můžeme shrnout do dvou myšlenek:

• 48 kHz je standardem mediálního průmyslu a splňuje všechny zvukové požadavky.
• 96 kHz se zdá být docela v pohodě, ale také s sebou nese spoustu zavazadel.

Výběr správné vzorkovací frekvence pro váš projekt závisí na vašich konkrétních potřebách a pracovním postupu. Zde je praktické rozdělení pro různé oblasti zvukové produkce.

Hudební produkce: Nahrávání, mixáž a mastering

Pokud pracujete pouze s hudbou, výběr vzorkovací frekvence se odvíjí od vyvážení kvality zvuku a efektivity systému.

• Nahrávání: Někteří inženýři rádi nahrávají s vysokou vzorkovací frekvencí 96 kHz nebo vyšší, aby zachytili každý zvukový detail a zabránili chybám aliasingu. Pro většinu hudby je však 48 kHz více než dostačující a méně zatěžuje možnosti systému a úložiště. Navíc odpadá nutnost používat master clock, aby bylo vše synchronizováno.
• Mixování a mastering: Mnoho zásuvných modulů dnes nabízí interní převzorkování, které zajišťuje přesnější výstup, takže práce při 48 kHz stále poskytuje vysoký standard zvuku.
• Konečné dodání: Streamovací platformy obvykle přijímají soubory se vzorkovací frekvencí 44,1 nebo 48 kHz. Pokud má být hudba reprodukována na CD, bude finální mix potřebovat převod vzorkovací frekvence na 44,1 kHz. V každém případě je v těchto situacích nahrávání s vysokou vzorkovací frekvencí zbytečné.

Filmový a televizní zvuk

Při práci ve filmu a televizi (včetně synchronizace licencí ) je 48 kHz zlatým standardem. Ve většině případů je nutné použít rozlišení 16 bitů, i když je dobré začít nahrávat s bitovou hloubkou 24 a pro potřeby přenosu ji snížit.

Vzhledem k vysokému počtu stop v postprodukčních relacích by nahrávání při 96 kHz mohlo představovat problém s efektivitou systému a úložným prostorem.

Hry a VR

Zvuk ve hrách a virtuální realitě často vyžaduje vyšší vzorkovací frekvence kvůli jedinečným požadavkům formátu.

Často je nutné rozsáhlé časové protažení a posunutí výšky zvuku, proto je lepší nahrávat při 96 kHz.

Živý zvuk a streamování

V živých situacích je výkon v reálném čase nejvyšší prioritou, takže 48 kHz je nejlepší volbou.

Závěrečná doporučení

Obecně platí, že nejefektivnější a nejefektivnější způsob záznamu zvuku je bitová hloubka 24 a vzorkovací frekvence 48 kHz.

Tato nastavení představují zlatý střed mezi čistotou zvuku a efektivitou úložiště a výkonem procesoru.

Mnoho zásuvných modulů již při práci s těmito frekvencemi provádí interní převzorkování, což znamená, že výhody nahrávání při 96 kHz jsou zanedbatelné.

Kvalitní digitální limitéry a měřiče navíc kompenzují mezisamplové špičky a snižují tak potřebu vyšších vzorkovacích frekvencí.

A konečně, 48 kHz je průmyslový standard pro většinu profesionální práce, což zajišťuje bezproblémovou integraci se spolupracovníky a distributory.

Několik málo situací, kdy se vyplatí zvážit použití 96 kHz pro záznam, je, když:

• projekt vyžaduje rozsáhlé časové roztažení, posun výšky tónu nebo úpravy (například granulární syntézu).
• projekt je určen pro archivační účely a chcete zajistit budoucnost práce.

Závěr

Prošli jsme toho hodně! Zde je stručný přehled toho, co jsme probrali. Pokud chcete, tak stručný přehled:

• Vzorkovací frekvence 44,1 kHz je schopna dokonale reprodukovat zvukové signály až do nejvyšších frekvencí v rozsahu lidského sluchu.
• V televizním, filmovém a mediálním průmyslu se standardně používá 48 kHz.
• Záznam při frekvenci 96 kHz vyžaduje větší výpočetní výkon a více místa na disku pro uložení výsledných větších souborů.
• Používání stále vyšších vzorkovacích frekvencí vede ke klesajícím výnosům ve vztahu k účinnosti systému a nákladům na ukládání.
• Pokud víte, že budete používat časové protahování a další funkce pro úpravu zvuku, nahrávejte s frekvencí 96 kHz, abyste dosáhli lepších výsledků.

Pamatujte, že kontext, ve kterém pracujete, je důležitější než honba za čísly.

Pokud jste umělec, může být vašemu publiku jedno, že jste skladbu vytvořili při frekvenci 96 kHz. Ve skutečnosti je nepravděpodobné, že by slyšeli rozdíl mezi touto nahrávkou a nahrávkou s frekvencí 44,1 kHz.

Pokud nahráváte hudbu pro film a televizi, 48 kHz představuje dokonalou rovnováhu mezi kvalitou zvuku a profesionálními standardy.

A pokud vytváříte knihovnu zvuků pro knihovnu efektů, je vhodné zvolit frekvenci 96 kHz, která umožňuje maximální možnosti úprav.

Nakonec je to na vás. Experimentujte s různými vzorkovacími frekvencemi a zjistěte, co vám zní dobře. Pokud při 96 kHz uslyšíte znatelný rozdíl, jděte do toho! (Ale možná si kupte větší pevný disk...).

Ať už nakonec použijete kterýkoli z nich, pusťte se do toho a tvořte hudbu!